- 電子鎮流器的發(fā)展
- 電子鎮流器及有關(guān)問(wèn)題
- 電子鎮流器的主要參數
- 采用電荷泵無(wú)源濾波技術(shù)
- 采用能量反饋的無(wú)源功率因數校正
電子鎮流器的負載是一種特殊負載，要求電子鎮流器工作時(shí)具有能為負載提供穩定電流的能力。由于它具有節能、效率高、節省金屬材料（銅、硅鋼）等優(yōu)點(diǎn)，具有很高的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，所以引起社會(huì )各界的廣泛關(guān)注。
電子鎮流器采用高頻開(kāi)關(guān)變換技術(shù)，體積可以做得很小。但由于高頻開(kāi)關(guān)和整流運行的原因，它又存在源側諧波失真大、電磁輻射干擾嚴重等缺點(diǎn)，當大批電子鎮流器同時(shí)工作時(shí)，高頻諧波會(huì )使電源中線(xiàn)嚴重偏離零電位，同時(shí)引入極大的峰值電源電流，嚴重干擾電源系統供電質(zhì)量，甚至造成重大經(jīng)濟損失。
電子鎮流器的發(fā)展
從時(shí)間上劃分，電子鎮流器主要經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：
第一階段是80年代中期到90年代初期。這期間，電力電子技術(shù)由低頻向高頻發(fā)展，APFC（有源功率因數校正）也開(kāi)始起步，電子鎮流器的優(yōu)缺點(diǎn)開(kāi)始顯現出來(lái)。這一階段電子鎮流器的主要特征是：
（1）鎮流器的輸入端采用不可控整流和大電容（或不用電容）濾波，輸入電流波形嚴重畸變，當大量使用時(shí)，會(huì )造成中線(xiàn)電流增加，嚴重時(shí)會(huì )引起鎮流器大量損壞甚至造成火災。
（2）采用“逐流”無(wú)源濾波技術(shù)，使得PF>0.9，THD<30％。但是9次諧波的波峰因子Cf≈2，超過(guò)標準。有人把采用這種“逐流”無(wú)源濾波技術(shù)的電子鎮流器叫作第二代電子鎮流器。
第二階段是90年代初期到90年代中期。這期間，由于A(yíng)PFC技術(shù)已成熟，并推出了相關(guān)專(zhuān)用集成芯片。電子鎮流器電路主要采用兩級功率變換，第一級采用APFC（常用BOOST型PFC電路），第二級采用功率DC/AC逆變。人們常將采用這種技術(shù)的電子鎮流器叫作第三代電子鎮流器。由于它采用了PFC技術(shù)，所以PF可達0.99，THD及各次諧波指標均能滿(mǎn)足要求。但是這種電子鎮流器采取了兩級高頻功率變換，所以整機效率在80％～90％，甚至更低，同時(shí)電路復雜，成本高，一時(shí)難于大范圍推廣。
第三階段是典型電路采用單級多功能電子鎮流器，發(fā)展方向主要有：
（1）美國VEPC提出的高頻能量反饋的電荷泵電路，主要指標可達PF>0.995，THD<5％，Cf<1.6。
（2）CUK等人提出的單管電子鎮流器。
本文主要討論兩種采用高頻能量反饋技術(shù)的電子鎮流器和它們的工作原理。
電子鎮流器的主要參數
評價(jià)電子鎮流器的指標有很多，下面介紹一些常用指標：
（1）輸入側功率因數一般要求PF>0.9；
（2）輸入側電流總諧波失真THD<20％～30％，并且要求三次諧波成分與基波成分（I3/I1）<17％；
（3）瞬態(tài)過(guò)電壓保護由于供電電網(wǎng)中有時(shí)會(huì )出現高幅值（如1kV左右）的瞬態(tài)脈沖電壓，但電子鎮流器由于受成本的限制，功率變換器件的參數余量不大。為使電子鎮流器可靠工作，應對這種高幅值的瞬態(tài)干擾加以抑制；
（4）軟起動(dòng)功能電子鎮流器開(kāi)起時(shí)，起動(dòng)電流比正常工作電流大許多，降低了負載工作壽命，所以電子鎮流器應配以軟起動(dòng)電路來(lái)減小起動(dòng)電流；
（5）空載電壓電子鎮流器剛開(kāi)始工作瞬間，負載還未工作，這時(shí)電子鎮流器的輸出電壓既不能太高，又不能太低。太低，燈管不能起輝；太高，又易降低燈管工作壽命；
（6）負載觸發(fā)起動(dòng)方法常用的負載觸發(fā)起動(dòng)方法有兩種：
?、俨捎谜郎囟认禂档臒崦綦娮璺?。由于熱敏電阻的熱慣性，負載穩態(tài)工作時(shí)會(huì )對負載工作特性產(chǎn)生不利影響；
?、谒查g觸發(fā)起動(dòng)，由于負載沒(méi)有預熱過(guò)程，而直接加上較高的觸發(fā)電壓，會(huì )降低燈管陰極使用壽命；
（7）電流波峰因子Cf對電子鎮流器要求Cf<1.7，過(guò)大會(huì )降低負載壽命；
（8）效率η由于電子鎮流器較普通鎮流器的優(yōu)點(diǎn)就是效率高，效率提高了就會(huì )達到節能效果；
（9）溫升由于自激振蕩的電子鎮流器或采用APFC技術(shù)的電子鎮流器中采用了磁性元件，而磁性元件的磁導率和溫度有關(guān)。實(shí)用中應采用高Bs值的磁性材料，同時(shí)應選用溫度系數低的磁性元件，特別是振蕩線(xiàn)圈磁性材料；
（10）應力參數由于高頻功率變換器寄生參數的存在，功率開(kāi)關(guān)器件工作時(shí)，會(huì )有高頻振蕩現象產(chǎn)生。產(chǎn)生較大的dv/dt、di/dt，即所謂的動(dòng)態(tài)電壓、電流應力。過(guò)大的動(dòng)態(tài)應力會(huì )造成功率變換器件的損壞。這點(diǎn)可采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)來(lái)降低動(dòng)態(tài)應力值。
采用無(wú)源濾波技術(shù)和有源濾波技術(shù)的電子鎮流器
1采用電荷泵無(wú)源濾波技術(shù)的電子鎮流器電路
該電路工作框圖如圖1所示。
圖1采用無(wú)源濾波的電子鎮流器電路
電路的輸出及輸入特性分別見(jiàn)表1及表2。
[page]電源側電壓、電流波形見(jiàn)圖2。
圖2電源側電壓、電流波形
圖3采用無(wú)源PFC的電子鎮流器電路
圖4電源側電壓、電流波形
從圖1、2和表1、2可以看出，電路各項性能指標都有所兼顧和改善，PF值大于0.95，THD值在25％左右，但電流導通角還有一定的死區。波峰因數Cf有很大改進(jìn)，在1.70～1.80。由于這種電路簡(jiǎn)單，成本低，所以很有實(shí)用價(jià)值。
2采用能量反饋的無(wú)源功率因數校正的電子鎮流器
電路工作原理見(jiàn)圖3。
電源側電壓、電流波形見(jiàn)圖4。
電路輸出特性見(jiàn)表3。
表3能量反饋式電子鎮流器輸出特性
電路輸入特性見(jiàn)表4。
從圖3、4和表3、4中有關(guān)數據可以看出，它的輸入電流導通角為180°，沒(méi)有死區，電壓、電流基本同相位。PF>0.97，電流諧波在18％左右，Cf在1.6左右。由于電路簡(jiǎn)單，工作又比較可靠，所以比較適用于電子鎮流器電路。
圖5雙泵式電子鎮流器電路
表4能量反饋式電子鎮流器輸入特性
圖6高頻泵式電子鎮流器電路
表5不同濾波電路的電子鎮流器綜合比較
雙泵和高頻泵電子鎮流器電路及實(shí)驗結果對比
下面分別介紹采用雙泵式（雙向自供輔助電源式）和高頻泵（高頻能量反饋）的無(wú)源濾波電子鎮流器電路和實(shí)驗結果。
圖5為雙泵式電子鎮流器工作原理圖。電容C1、C2，電解電容C3、C4和二極管V1～V4構成了正、負雙向輔助電荷泵。電子鎮流器通電后短時(shí)間內，V1～V4及C3、C4構成一個(gè)寄生二極管和電容濾波回路，使電路工作。燈管點(diǎn)亮后，高頻電流的一部分經(jīng)由C1、C2返回電源，另一部分經(jīng)過(guò)V1、V2整流，由C3、C4濾波，形成正、負兩個(gè)輔助電壓±△U，經(jīng)由V3、V4與橋式整流后的100Hz脈動(dòng)直流電壓相疊加，形成一個(gè)波峰比Cf比較小的供電電源為功率變換級供電。
適當選擇電容器的取值，可使電流的波峰比Cf<1.7的同時(shí)，使PF和THD值保持在一個(gè)比較理想的范圍。對典型的220V/36W電子鎮流器采用這種方法后，可得到：PF="0.945，"THD="32％"，三次諧波含量HD3="0.28，"Cf="1.61，"η="0.93，"f="24.5kHz。"由于這種電子鎮流器的高頻電流得到了再生利用，所以電路工作效率較高。由于燈電流Cf值較小，所以發(fā)光效率也比較高。源電壓范圍為160～270VAC。整個(gè)電路對元器件無(wú)特殊要求。
圖6為采用無(wú)源濾波技術(shù)的高頻泵式電子鎮流器電路原理圖。電容C1、C2，二極管V1、V2組成高頻泵反饋回路。當電子鎮流器工作后，高頻電流通過(guò)電容C1、C2和V1、V2構成正、負兩個(gè)回路，正半周由V2對C0充電，填充低谷，波峰比變小，負峰波由V1返回電源，對整流管而言，產(chǎn)生高電平時(shí)的負阻狀態(tài)，從而提高了PF值。適當選擇元器件參數，可使電路的效率得到提高。對采用這種方法的220V/36W電子鎮流器典型參數為：PF=0.994，THD=0.068，HD3=0.051，Cf=1.62，η=0.89，f=25.3kHz。
對采用不同濾波電路的電子鎮流器綜合比較結果，見(jiàn)表5。
由表5可以看出，采用APFC的電子鎮流器總體指標最好，但它造價(jià)相對高些，電路相對也復雜些，一時(shí)難于普及。而高頻泵和雙泵式電子鎮流器電路，總體指標較好，三次諧波含量HD3：雙泵式為0.2～0.3，而高頻泵式小于0.1，有源濾波式小于0.1。由于采用雙泵和高頻泵能量反饋電路只添加幾個(gè)無(wú)源元件，造價(jià)低，所以較具有實(shí)用價(jià)值。當然要提高整體電子鎮流器的性能、工作可靠性等指標，還和功率變換電路形式（如諧振軟開(kāi)關(guān)）、元器件的質(zhì)量有關(guān)。
